KR101556486B1 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

내 외부 응력이 우수하고, 전지 용량 등의 전지 성능을 저하시키지 않고, 과충전 시의 내압 상승의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 비수 전해질 2차 전지를 제공한다. 비수 전해질 2차 전지는, 정극(21)과, 부극(22)과, 정극(21) 및 부극(22)의 사이에 배치되고, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 다공질 내열층(24)과, 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제가 첨가된 비수 전해질과, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구를 구비하고, 다공질 내열층(24)의 절연성 무기 필러의 적어도 일부가 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성된 것이다.Provided is a nonaqueous electrolyte secondary battery which is excellent in internal and external stress and capable of increasing detection sensitivity of an increase in internal pressure at the time of overcharging without deteriorating battery performance such as battery capacity. The nonaqueous electrolyte secondary battery comprises a porous heat-resistant layer 24 disposed between a positive electrode 21, a negative electrode 22, a positive electrode 21 and a negative electrode 22 and including an insulating inorganic filler and a binder, A nonaqueous electrolyte added with an overcharge inhibitor which is decomposed at the time of overcharging to generate protons and a current cutoff mechanism which cuts off the charge when the internal pressure of the battery becomes higher than a predetermined value at the time of charging, At least a part of the filler is constituted by a proton conductive ceramic.

Description

비수 전해질 2차 전지{NONAQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY}[0001] NONAQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY [0002]

본 발명은 비수 전해질 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery.

종래의 리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해질 2차 전지는, 정극과, 부극과, 이들 사이를 절연하는 세퍼레이터와, 비수 전해질로 개략 구성되어 있다. 세퍼레이터로서는, 폴리올레핀계 등의 다공질 수지 필름이 널리 사용되고 있다.A conventional non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery is roughly composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator for insulating therebetween, and a nonaqueous electrolyte. As the separator, a porous resin film such as a polyolefin film is widely used.

리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해질 2차 전지에 있어서는, 과충전 시의 안전 대책으로서, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구가 탑재되는 경우가 있다(예를 들어, 특허문헌 1의 단락 0094).In a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, as a safety countermeasure for overcharging, there is a case where a current interrupting mechanism for shutting off charging when the internal pressure of the battery becomes higher than a predetermined value at the time of charging (for example, , Paragraph 0094 of Patent Document 1).

특허문헌 1에 있어서는, 내압 상승의 검지 감도를 높이기 위해, 비수 전해질에 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제를 첨가하고 있다. 이러한 구성에서는, 과충전 시에는 과충전 방지제가 분해되어 프로톤이 발생하고, 이 프로톤이 부극에서 환원되어 수소 가스가 발생한다.In Patent Document 1, in order to increase the detection sensitivity of the rise of the internal pressure, an overcharge preventing agent which decomposes at the time of overcharge to generate protons is added to the non-aqueous electrolyte. In this configuration, when the battery is overcharged, the overcharge preventing agent is decomposed to generate protons, and the protons are reduced at the negative electrode to generate hydrogen gas.

특허문헌 1에는, 종래 기술의 설명에 있어서, 과충전 방지제로서, 비페닐류, 알킬벤젠류, 2개의 방향족기에서 치환된 알킬 화합물, 불소 원자 치환 방향족 화합물류 및 염소 원자 치환 비페닐이 예시되어 있다(단락 0009, 0011, 0014).In Patent Document 1, biphenyls, alkylbenzenes, alkyl compounds substituted with two aromatic groups, fluorine atom-substituted aromatic compounds, and chlorine atom-substituted biphenyls are exemplified as overcharge inhibitors in the description of the prior art (Paragraphs 0009, 0011, 0014).

특허문헌 1의 청구항 1에는, 과충전 방지제로서, 염소 원자 치환 비페닐, 염소 원자 치환 나프탈렌, 염소 원자 치환 플루오렌 및 염소 원자 치환 디페닐메탄을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 염소 원자 치환 방향족 화합물이 예시되어 있다.In claim 1 of Patent Document 1, at least one chlorine atom-substituted aromatic group selected from the group consisting of chlorine atom-substituted biphenyl, chlorine atom-substituted naphthalene, chlorine atom-substituted fluorene and chlorine atom- Compounds are illustrated.

그런데, 폴리올레핀제 등의 다공질 수지 필름을 세퍼레이터로서 사용한 비수 전해질 2차 전지에 있어서는, 외부로부터 응력을 받았던 경우, 세퍼레이터로부터 비수 전해질이 압출되고, 그 결과, 세퍼레이터의 이온 전도성이 저감하여, 전지 성능이 저하될 우려가 있다(특허문헌 2의 단락 0004).However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a porous resin film such as a polyolefin as a separator, when a stress is externally applied, the non-aqueous electrolyte is extruded from the separator, and as a result, ion conductivity of the separator is reduced, There is a possibility of deterioration (paragraph 0004 of Patent Document 2).

특허문헌 2에는, 종래의 수지제 세퍼레이터 대신에, 또는 종래의 수지제 세퍼레이터와 병용하여, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 강성이 높은 다공질 내열층(HRL층)을 사용한 비수 전해질 2차 전지가 개시되어 있다(청구항 5, 도 1, 도 3).Patent Document 2 discloses a nonaqueous electrolyte secondary battery using a highly rigid porous heat-resistant layer (HRL layer) including an insulating inorganic filler and a binder in combination with a conventional resin separator or in combination with a conventional resin separator (Claim 5, Figs. 1 and 3).

다공질 내열층(HRL층)의 절연성 무기 필러로서는, Al2O3, SiO2, MgO, TiO2 및 ZrO2을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 1종이 사용되고 있다(청구항 6).As the insulating inorganic filler of the porous heat-resistant layer (HRL layer), at least one member selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, TiO 2 and ZrO 2 is used (claim 6).

일본 특허 공개 제2004-087168호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-087168 일본 특허 공개 제2007-012598호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-012598

비수 전해질에 과충전 방지제가 첨가되고, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구가 탑재된 비수 전해질 2차 전지에 대해 특허문헌 2에 기재된 Al2O3, SiO2, MgO, TiO2 및 ZrO2을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 절연성 무기 필러를 포함하는 다공질 내열층(HRL층)을 사용하고자 하면, 절연성 무기 필러가 과충전 시에 과충전 방지제의 분해에 의해 생성된 프로톤 또는 부극 상에서 발생한 수소 가스를 흡착하여, 전류 차단 기구가 양호하게 작동하지 않을 우려가 있다.Nonaqueous The overcharge inhibitor is added to the electrolyte, the battery internal pressure when a predetermined value or more Al 2 O as described in Patent Document 2 for which the current blocking mechanism for blocking the filling with the non-aqueous electrolyte secondary battery 3, SiO 2 at the time of charging, (HRL layer) comprising an insulating inorganic filler containing at least one member selected from the group consisting of MgO, TiO 2, and ZrO 2 is used, the insulating inorganic filler is decomposed by over- There is a possibility that the hydrogen gas generated on the generated proton or negative electrode is adsorbed and the current interruption mechanism does not work well.

상기한 절연성 무기 필러는, 표면에 수산기를 갖기 때문에, 프로톤을 흡착한다. 또한, 상기한 절연성 무기 필러는, 촉매 효과에 의해 수소를 흡착하는 경우가 있다.Since the above-mentioned insulating inorganic filler has a hydroxyl group on its surface, it adsorbs protons. In addition, the above-mentioned insulating inorganic filler may adsorb hydrogen by the catalytic effect.

내압 상승의 검지 감도를 높여 안전성을 높이기 위해, 과충전 방지제의 첨가량을 증가시키면, 전지 용량이 저하되는 경향이 있어, 첨가량에는 한계가 있다.When the addition amount of the overcharge preventing agent is increased in order to increase the detection sensitivity of the rise of the internal pressure and to increase the safety, the battery capacity tends to decrease, and the addition amount is limited.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 내 외부 응력이 우수하고, 전지 용량 등의 전지 성능을 저하시키지 않고, 과충전 시의 내압 상승의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 비수 전해질 2차 전지를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and provides a nonaqueous electrolyte secondary battery which is excellent in internal and external stress and capable of increasing detection sensitivity of an increase in internal pressure at the time of overcharging without deteriorating battery performance such as battery capacity It is aimed at.

본 발명의 비수 전해질 2차 전지는,In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention,

정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치되고, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 다공질 내열층[HRL(Heat Resistance Layer)층]과, 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제가 첨가된 비수 전해질과, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구를 구비한 비수 전해질 2차 전지이며,A porous heat-resistant layer (HRL (Heat Resistance Layer) layer) disposed between the positive electrode and the negative electrode and including an insulating inorganic filler and a binder, and an overcharge A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a nonaqueous electrolyte to which an inhibitor is added and a current interrupting mechanism for shutting off charging when the internal pressure of the battery reaches a predetermined value or higher during charging,

상기 다공질 내열층(HRL층)의 상기 절연성 무기 필러의 적어도 일부가 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성된 것이다.At least a part of the insulating inorganic filler of the porous heat-resistant layer (HRL layer) is constituted by a proton conductive ceramic.

본 발명에 따르면, 내 외부 응력이 우수하고, 전지 용량 등의 전지 성능을 저하시키지 않고, 과충전 시의 내압 상승의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 비수 전해질 2차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which is excellent in internal and external stresses and capable of enhancing detection sensitivity of an increase in internal pressure at the time of overcharging without deteriorating battery performance such as battery capacity.

도 1은 본 발명에 따른 비수 전해질 2차 전지의 구성예를 모식적으로 도시하는 전체도이다.
도 2는 도 1의 비수 전해질 2차 전지의 부분 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a general view schematically showing a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. FIG.
2 is a partial cross-sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of FIG.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 비수 전해질 2차 전지는,In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention,

정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치되고, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 다공질 내열층(HRL층)과, 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제가 첨가된 비수 전해질과, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구를 구비한 비수 전해질 2차 전지이며,A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a porous heat-resistant layer (HRL layer) disposed between the positive electrode and the negative electrode and including an insulating inorganic filler and a binder, A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising an electrolyte and a current interrupting mechanism for interrupting charging when the internal pressure of the battery reaches a predetermined value or higher at the time of charging,

상기 다공질 내열층(HRL층)의 상기 절연성 무기 필러의 적어도 일부가 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성된 것이다.At least a part of the insulating inorganic filler of the porous heat-resistant layer (HRL layer) is constituted by a proton conductive ceramic.

도 1 및 도 2에, 비수 전해질 2차 전지의 구성예를 모식적으로 도시한다. 도 1은 전체도, 도 2는 부분 단면도이다. 모두 모식도이다.Figs. 1 and 2 schematically show a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery. Fig. Fig. 1 is an overall view, and Fig. 2 is a partial cross-sectional view. All are diagrams.

도 1에 도시하는 비수 전해질 2차 전지(1)는 외장체(11) 내에, 도 2에 도시하는 적층체(20)와, 과충전 방지제가 첨가된 비수 전해질(부호 생략)이 수용된 것이다.The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in Fig. 1 is housed in the outer casing 11 with the laminate 20 shown in Fig. 2 and a nonaqueous electrolyte (not shown) to which an overcharge inhibitor is added.

적층체(20)는 집전체 상에 입자상의 정극 활물질이 도포된 정극(21)과, 집전체 상에 입자상의 부극 활물질이 도포된 부극(22)과, 수지제 세퍼레이터(23)와, 다공질 내열층(HRL층)(24)이 적층된 것이다.The laminate 20 includes a positive electrode 21 coated with a particulate positive active material on a current collector, a negative electrode 22 coated with particulate negative active material on the current collector, a resin separator 23, Layer (HRL layer) 24 are laminated.

다공질 내열층(HRL층)은 종래 널리 사용되고 있는 수지제 세퍼레이터 대신에, 또는 종래 널리 사용되고 있는 수지제 세퍼레이터와 병용하여, 정극과 부극 사이를 절연하는 부재로서 사용된다.The porous heat-resistant layer (HRL layer) is used as a member for insulating between a positive electrode and a negative electrode in place of a resin separator widely used in the past or in combination with a widely used resin separator.

다공질 내열층(HRL층)(24)의 배치 위치는 정극(21)과 부극(22) 사이이면 특별히 제한없고, 정극(21)의 표면, 부극(22)의 표면, 수지제 세퍼레이터(23)의 표면, 또는 정극(21)과 부극(22)을 일체화하기 위해 필요에 따라 형성되는 전극 합제층(도시하지 않음)의 표면 등에 형성할 수 있다.The position of the porous heat-resistant layer (HRL layer) 24 is not particularly limited as long as it is between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. The surface of the positive electrode 21 and the surface of the negative electrode 22, Or on the surface of an electrode mixture layer (not shown) that is formed if necessary in order to integrate the positive electrode 21 and the negative electrode 22.

「배경기술」의 항에서 예로 든 특허문헌 2의 도 1과 같이, 종래 널리 사용되고 있는 수지제 세퍼레이터(23)를 사용하지 않고, 한 쌍의 정극(21)과 부극(22) 사이는 다공질 내열층(HRL층)(24)만을 개재하여 절연해도 된다.As shown in Fig. 1 of Patent Document 2 exemplified in the section of "Background Art", a pair of positive electrodes 21 and a negative electrode 22 are provided between a pair of positive and negative heat- (HRL layer) 24 may be interposed therebetween.

비수 전해질 2차 전지(1)에는, 외장체(11) 내에, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구(13)가 설치되어 있다. 전류 차단 기구(13)의 설치 개소는, 전류 차단 작용에 따라 설계된다.The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is provided with a current interrupting mechanism 13 for shutting off charging when the internal pressure of the battery becomes equal to or higher than a predetermined value at the time of charging in the external body 11. The location of the current interruption mechanism 13 is designed in accordance with the current interruption function.

내압 상승의 검지 감도를 높이기 위해, 비수 전해질에는, 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제가 첨가된다. 이러한 구성에서는, 과충전 시에는 비수 전해질 중의 과충전 방지제가 분해되어 프로톤이 발생하고, 이 프로톤이 부극에서 환원되어 수소 가스가 발생한다. 이 가스 발생에 의해 전지 내압이 상승하고, 전류 차단 기구(13)에 의해 전류가 차단된다.In order to increase the detection sensitivity of the rise of the internal pressure, an overcharge preventing agent which decomposes at the time of overcharge to generate protons is added to the non-aqueous electrolyte. In this configuration, when the battery is overcharged, the overcharge protection agent in the non-aqueous electrolyte is decomposed to generate protons, and the protons are reduced at the negative electrode to generate hydrogen gas. The internal pressure of the cell rises due to the generation of the gas, and the current is cut off by the current interruption mechanism 13. [

전류 차단 기구(13)로서는 공지의 기구를 채용할 수 있다.As the current interruption mechanism 13, a known mechanism can be employed.

전류 차단 기구(13)로서는, 전지 내압이 상승함으로써 변형되어 충전 전류의 접점을 오프시키는 구조체, 전지 내압을 센서로 검지하여 충전을 정지하는 외부 회로, 전지 내압에 의한 전지의 변형을 센서로 검지하여 충전을 정지하는 외부 회로 및 전지 내압이 상승함으로써 변형되어 정극과 부극을 단락시키는 구조체 등을 예시할 수 있다.As the current interrupting mechanism 13, a structure for deforming by the rise of the battery internal pressure to turn off the contact of the charging current, an external circuit for detecting the battery internal pressure by the sensor and stopping the charging, An external circuit for stopping charging, and a structure deformed by an increase in the cell internal pressure to short circuit the positive electrode and the negative electrode.

예를 들어, 전지 내압이 상승함으로써 변형되어 충전 전류의 접점을 오프시키는 구조체 등은, 심플한 구조이고, 또한 전류 차단 효과가 높으므로 바람직하다.For example, a structure or the like which is deformed due to an increase in the cell internal pressure to turn off the contact of the charging current is preferable because of its simple structure and high current blocking effect.

외장체(11)의 외면에, 외부 접속용의 2개의 단자(플러스 단자 및 마이너스 단자)(12)가 설치되어 있다.Two terminals (positive terminal and negative terminal) 12 for external connection are provided on the outer surface of the external body 11.

<다공질 내열층(HRL층)>≪ Porous heat-resistant layer (HRL layer) >

본 발명의 비수 전해질 2차 전지는, 다공질 내열층(HRL층)을 구비하고 있으므로, 내 외부 응력이 우수하다.Since the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the porous heat-resistant layer (HRL layer), it has excellent external and internal stress.

여기서, 「발명이 해결하고자 하는 과제」의 항에서 설명한 바와 같이, 비수 전해질에 과충전 방지제가 첨가되고, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구가 탑재된 비수 전해질 2차 전지에 대해, 특허문헌 2에 기재된 Al2O3, SiO2, MgO, TiO2 및 ZrO2을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 절연성 무기 필러를 포함하는 다공질 내열층(HRL층)을 사용하고자 하면, 절연성 무기 필러가 과충전 시에 과충전 방지제의 분해에 의해 생성된 프로톤 또는 부극 상에서 발생한 수소 가스를 흡착하여, 전류 차단 기구가 양호하게 작동하지 않을 우려가 있다.As described in the section entitled "Problems to be Solved by the Invention", when the overcharge preventing agent is added to the nonaqueous electrolyte, and when the internal pressure of the battery becomes equal to or higher than a predetermined value at the time of charging, the nonaqueous electrolyte 2 (HRL layer) comprising an insulating inorganic filler comprising at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, TiO 2 and ZrO 2 described in Patent Document 2, There is a possibility that the current blocking mechanism does not work well due to the adsorption of the hydrogen gas generated on the proton or the negative electrode generated by the decomposition of the overcharge preventing agent when the insulating inorganic filler overcharges.

상기한 절연성 무기 필러는, 표면에 수산기를 갖기 때문에, 프로톤을 흡착한다. 또한, 상기한 절연성 무기 필러는, 촉매 효과에 의해 수소를 흡착하는 경우가 있다.Since the above-mentioned insulating inorganic filler has a hydroxyl group on its surface, it adsorbs protons. In addition, the above-mentioned insulating inorganic filler may adsorb hydrogen by the catalytic effect.

본 발명의 비수 전해질 2차 전지에 있어서, 다공질 내열층(HRL층)을 이루는 절연성 무기 필러의 적어도 일부를 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성한다.In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, at least a part of the insulating inorganic filler constituting the porous heat-resistant layer (HRL layer) is constituted by a proton conductive ceramic.

상기 구성에서는, 과충전 시에 절연성 무기 필러가 과충전 방지제의 분해에 의해 생성된 프로톤이, 다공질 내열층(HRL층)에 흡착되어도 방출되어, 다공질 내열층(HRL층)에 머물지 않는다. 또한, 상기한 프로톤 도전성 세라믹은 수소 흡착성도 낮다. 본 발명에서는, 다공질 내열층(HRL층)에 있어서의 프로톤 및 수소 가스의 흡착이 억제되므로, 전류 차단 기구가 양호하게 작동한다.In the above-described structure, the protons generated by the decomposition of the overcharge inhibitor during the overcharging are released even when they are adsorbed on the porous heat-resistant layer (HRL layer), and do not stay in the porous heat-resistant layer (HRL layer). In addition, the proton conductive ceramics described above are also low in hydrogen adsorption. In the present invention, since the adsorption of protons and hydrogen gas in the porous heat-resistant layer (HRL layer) is suppressed, the current interruption mechanism works well.

본 발명은 과충전 방지제의 첨가량을 증가시키지 않아도 되므로, 전지 용량 등의 전지 성능을 저하시키지 않고, 과충전 시의 내압 상승의 검지 감도를 높일 수 있다.The present invention does not need to increase the amount of the overcharge inhibitor added, so that it is possible to increase the detection sensitivity of the rise of the internal pressure at the time of overcharging without deteriorating the battery performance such as the battery capacity.

프로톤 도전성 세라믹은, 비프로톤 도전성 세라믹에 비교하여 전기 저항이 크고, 이것을 사용함으로써 다공질 내열층(HRL층)의 절연 성능이 높아져, 보다 고레벨로 단락을 방지할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다.Proton conductive ceramics have a higher electrical resistance than non-proton conductive ceramics. By using this, the insulating performance of the porous heat-resistant layer (HRL layer) is enhanced, and an effect that a short circuit can be prevented at a higher level is also obtained.

본 발명에서 사용하는 절연성 무기 필러로서는 예를 들어, 적어도 1종의 프로톤 도전성 세라믹을 포함하는 세라믹 입자 및 적어도 1종의 비프로톤 도전성 세라믹 입자의 표면의 적어도 일부가, 적어도 1종의 프로톤 도전성 세라믹을 포함하는 세라믹으로 피복된 세라믹 입자 등을 들 수 있다.As the insulating inorganic filler used in the present invention, for example, at least a part of the surfaces of ceramic particles containing at least one kind of proton conductive ceramics and at least one kind of non-proton conductive ceramic particles are mixed with at least one kind of proton conductive ceramics And ceramic particles coated with ceramics.

다공질 내열층(HRL층)에 있어서는, 입자상의 절연성 무기 필러의 간극에 의해, 이온 전도 구멍이 형성된다.In the porous heat-resistant layer (HRL layer), ion conductive pores are formed by the gaps between the insulating inorganic fillers in the particulate form.

상기에 예로 든 세라믹 입자는 모두, 절연성 무기 필러의 표면의 적어도 일부가 프로톤 도전성 세라믹이다. 이러한 구성에서는, 이온 전도 구멍의 벽면에 프로톤 도전성 세라믹이 존재하므로, 다공질 내열층(HRL층)의 이온 전도성이 향상되어, 바람직하다.In all of the above-mentioned ceramic particles, at least a part of the surface of the insulating inorganic filler is a proton conductive ceramic. In such a configuration, since the proton conductive ceramic is present on the wall surface of the ion conductive hole, the ion conductivity of the porous heat-resistant layer (HRL layer) is improved, which is preferable.

프로톤 도전성 세라믹으로서는, 프로톤 도전성을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다.The proton conductive ceramics are not particularly limited as long as they have proton conductivity.

프로톤 도전성 세라믹으로서는, 하기 화학식 1로 나타내어지는 적어도 1종의 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.As the proton conductive ceramic, it is preferable to include at least one kind of metal oxide represented by the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112014042820027-pct00001
Figure 112014042820027-pct00001

(화학식 중, A는 Ba 및/또는 Sr, B는 Ce 및/또는 Sr, C는 적어도 1종의 첨가 원소, 0≤x<1, a≥0임)(Wherein A represents Ba and / or Sr, B represents Ce and / or Sr and C represents at least one kind of additive element, 0? X <1, a? 0)

상기 화학식 1로 나타내어지는 금속 산화물로서는, BaCeO3, SrZrO3, SrCeO3, BaZrO3, 이들을 모체 산화물로서 임의 성분이 첨가된 세라믹 및 이들의 조합 등을 들 수 있다.As the metal oxide represented by Formula 1, BaCeO 3, SrZrO 3, SrCeO 3, BaZrO 3, there may be mentioned those as a host oxide and the like are added to a ceramic, and combinations of these optional ingredients.

프로톤 도전성 세라믹은, 하기 화학식 1a로 나타내어지는 적어도 1종의 금속 산화물을 포함하는 것이 특히 바람직하다.It is particularly preferable that the proton conductive ceramic contains at least one kind of metal oxide represented by the following formula (1a).

<화학식 1a><Formula 1a>

Figure 112014042820027-pct00002
Figure 112014042820027-pct00002

(화학식 중, A는 Ba 및/또는 Sr, B는 Ce 및/또는 Sr, C는 Y 및/또는 Yb, 0<x<1, a≥0임)(Wherein A is Ba and / or Sr, B is Ce and / or Sr, C is Y and / or Yb, 0 &lt; x &lt;

BaCeO3, SrZrO3, SrCeO3, 또는 BaZrO3 등에, Y 및/또는 Yb을 첨가함으로써, Ce 또는 Zr의 가수가 변동하고, 그 결과, 프로톤 도전율이 향상되어, 바람직하다.It is preferable to add Y and / or Yb to BaCeO 3 , SrZrO 3 , SrCeO 3 , or BaZrO 3 to change the valence of Ce or Zr and consequently to improve the proton conductivity.

상기 화학식 1a로 나타내어지는 적어도 1종의 금속 산화물에 있어서, 첨가 원소의 첨가량 x는, 0.01∼0.5가 특히 바람직하다.In the at least one metal oxide represented by the above formula (1a), the addition amount x of the additive element is particularly preferably 0.01 to 0.5.

x가 과소하면, Y 및/또는 Yb의 첨가 효과가 충분히 발현되지 않고, 과대하면 첨가 원소가 양호하게 고용되지 않고, 이상이 석출될 우려가 있다.If x is excessively small, the effect of addition of Y and / or Yb is not sufficiently manifested, and if it is too large, the additive elements are not solved well and there is a possibility of abnormal precipitation.

비프로톤 도전성 세라믹으로서는, Al2O3, SiO2, MgO, TiO2, ZrO2, 이들을 모체 산화물로서 임의 성분이 첨가된 세라믹 및 이들의 조합 등을 들 수 있다.Examples of the non-proton conductive ceramics include Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, TiO 2 , ZrO 2 , ceramics to which an optional component is added as a matrix oxide, and combinations thereof.

비프로톤 도전성 세라믹 입자의 표면의 적어도 일부를, 적어도 1종의 프로톤 도전성 세라믹을 포함하는 세라믹으로 피복하는 방법으로서는 특별히 제한되지 않는다.The method of coating at least part of the surface of the non-proton conductive ceramic particles with a ceramic containing at least one kind of proton conductive ceramics is not particularly limited.

예를 들어, 상기 화학식 1로 나타내어지는 금속 산화물의 전구체를 포함하는 용액 또는 슬러리를, 비프로톤 도전성 세라믹 입자에 스프레이 분무하고, 건조하고, 소성하는 방법을 들 수 있다.For example, there can be mentioned a method of spraying a solution or a slurry containing the metal oxide precursor represented by the above formula (1) onto non-proton conductive ceramic particles, drying, and firing.

금속 산화물의 전구체로서는 특별히 제한되지 않고, 금속 산화물의 구성 금속의 아세트산염 등을 들 수 있다.The precursor of the metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include acetic acid salts of the constituent metals of the metal oxide.

비프로톤 도전성 세라믹 입자의 표면의 적어도 일부를 BaCeO3으로 피복하는 경우를 예로서, 피복 방법의 일례를 설명한다.An example of the covering method will be described by taking as an example the case where at least a part of the surface of the non-proton conductive ceramic particle is covered with BaCeO 3 .

에틸렌디아민4아세트산(EDTA)을 암모니아수에 용해시키고, 아세트산세륨을 첨가하고, 또한 안정화제로서 에틸렌글리콜을 첨가하고, 가열 용해한다. 또한, 아세트산바륨을 첨가하고, 다시 가열 용해한다. 얻어진 전구체 용액은 그대로 사용해도 되고, 필요에 따라 농축시켜 슬러리로 해도 된다.Ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) is dissolved in ammonia water, cerium acetate is added, ethylene glycol is added as a stabilizer, and the solution is dissolved by heating. Further, barium acetate is added, and the mixture is further heated to dissolve. The obtained precursor solution may be used as it is, or it may be concentrated to a slurry if necessary.

전구체의 용액 또는 슬러리에 있어서의 전구체의 농도는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.3∼0.6mol/L가 바람직하다.The concentration of the precursor in the solution or slurry of the precursor is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 0.6 mol / L, for example.

얻어진 전구체의 용액 또는 슬러리를 비프로톤 도전성 세라믹 입자에 스프레이 분무하고, 바람직하게는 100∼150℃에서 건조하고, 바람직하게는 1000∼1400℃에서 소성한다. 이상과 같이 하여, 비프로톤 도전성 세라믹 입자의 표면의 적어도 일부를, BaCeO3으로 피복할 수 있다.The solution or slurry of the obtained precursor is sprayed onto the non-proton conductive ceramic particles, preferably dried at 100 to 150 占 폚, and preferably at 1000 to 1400 占 폚. As described above, at least a part of the surface of the non-proton conductive ceramic particle can be coated with BaCeO 3 .

피복막의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.5∼1.0㎛가 바람직하다.The thickness of the coating film is not particularly limited, and is preferably 0.5 to 1.0 占 퐉, for example.

피복막의 두께는, 과소하면 피복의 효과가 충분히 발현되지 않고, 과대하면 균일 피복이 곤란해진다.If the thickness of the coating film is too small, the effect of covering can not be sufficiently manifested and if it is excessive, uniform coating becomes difficult.

다공질 내열층(HRL층)을 이루는 세라믹 입자의 평균 입자 직경은 특별히 제한없이, 예를 들어 0.3∼4㎛가 바람직하다. 이러한 범위이면, 이온 전도에 양호한 공공률과 양호한 강도가 얻어져, 바람직하다(특허문헌 2의 단락 0034를 참조).The average particle diameter of the ceramic particles constituting the porous heat-resistant layer (HRL layer) is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 4 mu m, for example. This range is preferable because a good porosity and good strength can be obtained for ion conduction (see paragraph 0034 of Patent Document 2).

다공질 내열층(HRL층)을 이루는 결착제로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF), 변성 아크릴 고무 및 이들의 조합 등을 들 수 있다.As the binder constituting the porous heat-resistant layer (HRL layer), known ones can be used, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), modified acrylic rubber, and combinations thereof.

일반적으로, 결착제는, 전지 구성 후에 비수 전해질을 흡수하여 팽윤한다. 이로 인해, 결착제의 첨가량은, 적은 편이 바람직하다. 상기한 폴리불화비닐리덴 및 아크릴 고무는, 소량으로도 결착 효과를 나타내므로, 그 첨가량을 적게 할 수 있어, 바람직하다. 결착제의 양은 특별히 제한되지 않고, 절연성 필러를 양호하게 결착할 수 있고, 비수 전해질의 흡수에 의한 팽윤을 억제하기 위해서는, 예를 들어 절연성 필러에 대해 0.3∼8.5질량%가 바람직하다(특허문헌 2의 단락 0036을 참조).Generally, the binder absorbs and swells the non-aqueous electrolyte after the cell structure. Therefore, the amount of the binder to be added is preferably small. The above-mentioned polyvinylidene fluoride and acrylic rubber exhibit a binding effect even in a small amount, so that the addition amount can be reduced, which is preferable. The amount of the binder is not particularly limited, and it is preferable that the insulating filler can be bound well, and in order to suppress the swelling due to the absorption of the non-aqueous electrolyte, for example, it is preferably 0.3 to 8.5 mass% with respect to the insulating filler (Patent Document 2 See paragraph 0036).

다공질 내열층(HRL층)의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 다공질 내열층(HRL층)은 예를 들어, 절연성 필러와 결착제와 분산매를 혼합하여 얻어진 혼합물을, 정극, 부극, 또는 세퍼레이터 등의 표면에 도포하고, 원적외선 또는 열풍 등으로 건조함으로써, 제조할 수 있다.The production method of the porous heat-resistant layer (HRL layer) is not particularly limited. The porous heat-resistant layer (HRL layer) can be produced, for example, by applying a mixture obtained by mixing an insulating filler, a binder and a dispersion medium to a surface of a positive electrode, a negative electrode, or a separator, and drying the mixture with far- have.

본 발명의 비수 전해질 2차 전지는, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 강성이 높은 다공질 내열층(HRL층)을 사용하고 있으므로, 내 외부 응력이 우수하다.Since the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses a porous heat-resistant layer (HRL layer) having high rigidity including an insulating inorganic filler and a binder, the non-aqueous electrolyte secondary cell has excellent external and internal stress.

「발명이 해결하고자 하는 과제」의 항에서 서술한 바와 같이, 비수 전해질에 과충전 방지제가 첨가되고, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구가 탑재된 비수 전해질 2차 전지에 대해, 특허문헌 2에 기재된 Al2O3, SiO2, MgO, TiO2 및 ZrO2을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 절연성 무기 필러를 포함하는 다공질 내열층(HRL층)을 사용하고자 하면, 절연성 무기 필러가 과충전 시에 과충전 방지제의 분해에 의해 생성된 프로톤 또는 부극 상에서 발생한 수소 가스를 흡착하여, 전류 차단 기구가 양호하게 작동하지 않을 우려가 있다.As described in the section entitled "Problems to be Solved by the Invention", when the overcharge preventing agent is added to the non-aqueous electrolyte and when the internal pressure of the battery reaches a predetermined value or more during charging, (HRL layer) comprising an insulating inorganic filler comprising at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, TiO 2 and ZrO 2 described in Patent Document 2 There is a possibility that the current blocking mechanism may not operate well due to adsorption of hydrogen gas generated on the proton or negative electrode generated by decomposition of the overcharge preventing agent when the insulating inorganic filler overcharges.

또한, 내압 상승의 검지 감도를 높여 안전성을 높이기 위해, 과충전 방지제의 첨가량을 증가시키면, 전지 용량이 저하되는 경향이 있어, 첨가량에는 한계가 있다.In addition, when the addition amount of the overcharge preventing agent is increased in order to increase the detection sensitivity of the rise of the internal pressure and increase the safety, the battery capacity tends to decrease, and the addition amount is limited.

본 발명에서는, 다공질 내열층(HRL층)을 이루는 절연성 필러의 적어도 일부를 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성하고 있다.In the present invention, at least a part of the insulating filler constituting the porous heat-resistant layer (HRL layer) is constituted by the proton conductive ceramic.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 내 외부 응력이 우수하고, 전지 용량 등의 전지 성능을 저하시키지 않고, 과충전 시의 내압 상승의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 비수 전해질 2차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention having such a constitution, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which is excellent in internal and external stresses and can increase detection sensitivity of increase in internal pressure at the time of overcharging without deteriorating battery performance such as battery capacity.

비수 전해질 2차 전지로서는, 리튬 이온 2차 전지 등을 들 수 있다. 이하, 리튬 이온 2차 전지를 예로서, 비수 전해질 2차 전지의 주요 구성 요소에 대해 설명한다.Examples of the non-aqueous electrolyte secondary battery include a lithium ion secondary battery and the like. Hereinafter, the main components of the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described using a lithium ion secondary battery as an example.

<정극><Positive Electrode>

정극은, 공지의 방법에 의해, 알루미늄박 등의 정극 집전체에 정극 활물질을 도포하여, 제조할 수 있다.The positive electrode can be produced by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector such as an aluminum foil by a known method.

공지의 정극 활물질로서는 특별히 제한없이, 예를 들어 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNixCo(1-x)O2 및 LiNixCoyMn(1-x-y)O2 등의 리튬 함유 복합 산화물 등을 들 수 있다.No particular limitation as positive electrode active material of the known, for example, LiCoO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiNiO 2, LiNi x Co (1-x) O 2 and LiNi x Co y Mn (1- xy) O 2 , etc. And lithium-containing complex oxides.

예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈 등의 분산제를 사용하고, 상기한 정극 활물질과, 탄소 분말 등의 도전제와, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 결착제를 혼합하여, 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 알루미늄박 등의 정극 집전체 상에 도포하고, 건조하고, 프레스 가공하여, 정극을 얻을 수 있다.For example, a dispersion agent such as N-methyl-2-pyrrolidone is used, and the above-described positive electrode active material, a conductive agent such as carbon powder, and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) And this slurry is coated on a positive electrode current collector such as an aluminum foil, dried, and pressed to obtain a positive electrode.

정극의 도포량은 특별히 제한없이, 1.5∼15㎎/㎠가 바람직하다. 정극의 도포량이 과소하면 균일한 도포가 어렵고, 과대하면 집전체로부터 박리될 우려가 있다.The amount of the positive electrode to be applied is not particularly limited and is preferably 1.5 to 15 mg / cm 2. If the application amount of the positive electrode is too small, uniform application is difficult, and if it is excessive, there is a fear of peeling off from the current collector.

<부극><Negative electrode>

부극은, 공지의 방법에 의해, 동박 등의 부극 집전체에 부극 활물질을 도포하여, 제조할 수 있다.The negative electrode can be produced by applying a negative electrode active material to a negative electrode collector such as a copper foil by a known method.

부극 활물질로서는 특별히 제한없이, Li/Li+ 기준으로 2.0V 이하로 리튬 흡장 능력을 갖는 것이 바람직하게 사용된다. 부극 활물질로서는, 흑연 등의 탄소, 금속 리튬, 리튬 합금, 리튬 이온의 도프·탈 도프가 가능한 전이 금속 산화물/전이 금속 질화물/전이 금속 황화물 및 이들의 조합 등을 들 수 있다.The negative electrode active material is not particularly limited and preferably has a lithium intercalation capacity of 2.0 V or less based on Li / Li +. Examples of the negative electrode active material include carbon such as graphite, metal lithium, a lithium alloy, a transition metal oxide / transition metal nitride / transition metal sulfide capable of doping / dedoping lithium ions, and combinations thereof.

예를 들어, 물 등의 분산제를 사용하고, 상기한 부극 활물질과, 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스 등의 결착제와, 필요에 따라 카르복시메틸셀룰로오스Na염(CMC) 등의 증점제를 혼합하여, 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 동박 등의 부극 집전체 상에 도포하고, 건조하고, 프레스 가공하여, 부극을 얻을 수 있다.For example, a dispersing agent such as water is used, and the negative electrode active material, a binder such as modified styrene-butadiene copolymer latex and, if necessary, a thickening agent such as carboxymethyl cellulose Na salt (CMC) And the slurry is coated on a negative electrode current collector such as a copper foil, dried, and pressed to obtain a negative electrode.

부극의 도포량은 특별히 제한없이, 1.5∼15㎎/㎠가 바람직하다. 부극의 도포량이 과소하면 균일한 도포가 어렵고, 과대하면 집전체로부터 박리될 우려가 있다.The amount of the negative electrode to be applied is not particularly limited and is preferably 1.5 to 15 mg / cm 2. If the applied amount of the negative electrode is too small, it is difficult to uniformly apply the coating, and if it is excessive, there is a fear of peeling off from the current collector.

리튬 이온 2차 전지에 있어서, 부극 활물질에는, 리튬의 흡장 및 방출이 가능한 탄소 재료가 널리 사용되고 있다. 특히 흑연 등의 고결정성 탄소는, 방전 전위가 평탄하고, 진밀도가 높고, 또한 충전성이 좋은 것 등의 특성을 갖고 있는 점에서, 시판 중인 리튬 이온 2차 전지 대부분의 부극 활물질로서 사용되고 있다. 따라서, 부극 활물질로서는 흑연 등이 특히 바람직하다.In a lithium ion secondary battery, a carbon material capable of intercalating and deintercalating lithium is widely used as a negative electrode active material. Particularly, highly crystalline carbon such as graphite is used as a negative electrode active material for most of commercially available lithium ion secondary batteries since it has properties such as a flat discharge potential, a high true density, and a good filling property. Therefore, graphite and the like are particularly preferable as the negative electrode active material.

<비수 전해질><Non-aqueous electrolyte>

비수 전해질로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 액상, 겔 상태 또는 고체 상태의 비수 전해질을 사용할 수 있다.As the non-aqueous electrolyte, a known electrolyte may be used, and a non-aqueous electrolyte in a liquid, gel or solid state may be used.

예를 들어, 프로필렌카르보네이트 또는 에틸렌카르보네이트 등의 고유전율 카르보네이트 용매와, 디에틸카르보네이트, 메틸에틸카르보네이트, 디메틸카르보네이트 등의 저점도 카르보네이트 용매의 혼합 용매에, 리튬 함유 전해질을 용해한 비수 전해액이 바람직하게 사용된다.For example, a mixed solvent of a high-keto carbonate solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate and a low-viscosity carbonate solvent such as diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate or dimethyl carbonate A nonaqueous electrolyte solution in which a lithium-containing electrolyte is dissolved is preferably used.

혼합 용매로서는 예를 들어, 에틸렌카르보네이트(EC)/디메틸카르보네이트(DMC)/에틸메틸카르보네이트(EMC)의 혼합 용매가 바람직하게 사용된다.As the mixed solvent, for example, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate (EMC) is preferably used.

리튬 함유 전해질로서는 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, Li2SiF6, LiOSO2CkF(2k+1)(k=1∼8의 정수), LiPFn{CkF(2k+1)}(6-n)(n=1∼5의 정수, k=1∼8의 정수) 등의 리튬염 및 이들의 조합을 들 수 있다.The lithium-containing electrolyte as, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, Li 2 SiF 6, LiOSO 2 C k F (2k + 1) ( integer of k = 1~8), LiPF n { C k F ( 2k + 1) } (6-n) (n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8), and combinations thereof.

과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어 「배경기술」의 항에서 예로 든 특허문헌 1에 기재된 과충전 방지제 등을 1종 또는 복수종 사용할 수 있다.As the overcharge preventing agent which decomposes to generate protons upon overcharging, known ones can be used. For example, the overcharge preventing agent described in Patent Document 1 exemplified in &quot; Background Art &quot;

특허문헌 1에는, 종래 기술의 설명에 있어서, 과충전 방지제로서, 비페닐류, 알킬 벤젠류, 2개의 방향족기에서 치환된 알킬 화합물, 불소 원자 치환 방향족 화합물류 및 염소 원자 치환 비페닐이 예시되어 있다(단락 0009, 0011, 0014).In Patent Document 1, biphenyls, alkylbenzenes, alkyl compounds substituted with two aromatic groups, fluorine atom-substituted aromatic compounds, and chlorine atom-substituted biphenyls are exemplified as overcharge inhibitors in the description of the prior art (Paragraphs 0009, 0011, 0014).

특허문헌 1의 청구항 1에는, 과충전 방지제로서, 염소 원자 치환 비페닐, 염소 원자 치환 나프탈렌, 염소 원자 치환 플루오렌 및 염소 원자 치환 디페닐메탄을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 염소 원자 치환 방향족 화합물이 예시되어 있다.In claim 1 of Patent Document 1, at least one chlorine atom-substituted aromatic group selected from the group consisting of chlorine atom-substituted biphenyl, chlorine atom-substituted naphthalene, chlorine atom-substituted fluorene and chlorine atom- Compounds are illustrated.

<수지제 세퍼레이터>&Lt; Resin Separator &

수지제 세퍼레이터는, 정극과 부극을 전기적으로 절연하고, 또한 리튬 이온이 투과 가능한 막이면 되고, 다공질 고분자 필름이 바람직하게 사용된다.The resin separator may be any film that can electrically insulate the positive electrode from the negative electrode and also allow lithium ions to permeate, and a porous polymer film is preferably used.

세퍼레이터로서는 예를 들어, PP(폴리프로필렌)제 다공질 필름, PE(폴리에틸렌)제 다공질 필름, 또는, PP(폴리프로필렌)-PE(폴리에틸렌)의 적층형 다공질 필름 등의 폴리올레핀제 다공질 필름이 바람직하게 사용된다.As the separator, for example, a porous film made of polyolefin such as a PP (polypropylene) porous film, a PE (polyethylene) porous film, or a laminated porous film of PP (polypropylene) .

<외장체><Exterior>

외장체로서는 공지의 것을 사용할 수 있다.As the external body, known ones can be used.

2차 전지의 형으로서는, 원통형, 코인형, 각형, 또는 필름형 등이 있고, 원하는 형에 맞추어 외장체를 선정할 수 있다.As the type of the secondary battery, there are a cylindrical type, a coin type, a square type, a film type, and the like, and an external body can be selected according to a desired type.

실시예Example

본 발명에 따른 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.Examples and Comparative Examples according to the present invention will be described.

(실시예 1∼9, 비교예 1∼5)(Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5)

<정극 활물질>&Lt; Positive electrode active material &

정극 활물질로서, 하기 화학식으로 나타내어지는 3원계의 리튬 복합 산화물을 사용하였다.As the positive electrode active material, a ternary lithium complex oxide represented by the following formula was used.

LiMn1 /3Co1 /3Ni1 /3O2 LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2

<정극의 제조>&Lt; Preparation of positive electrode &

분산제로서 N-메틸-2-피롤리돈[(주)와코 순약 공업사제]을 사용하고, 상기한 정극 활물질과, 도전제인 아세틸렌 블랙[전기 화학 공업(주)사제 HS-100]과, 결착제인 PVDF[(주)쿠레하사제 KF 폴리머 #1120]를 90/6/4(질량비)로 혼합하여, 슬러리를 얻었다.The above positive electrode active material, acetylene black (HS-100 manufactured by DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA), which is a conductive agent, and a binder such as N-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] PVDF (KF Polymer # 1120, manufactured by Kureha Co., Ltd.) was mixed at 90/6/4 (mass ratio) to obtain a slurry.

상기 슬러리를 집전체인 알루미늄박 상에 닥터 블레이드법으로 도포하고, 150℃에서 30분간 건조하고, 프레스 기계를 사용하여 프레스 가공하여, 정극을 얻었다. 정극은, 도포량 10㎎/㎠, 두께 50㎛로 하였다.The slurry was coated on aluminum foil as a current collector by the doctor blade method, dried at 150 DEG C for 30 minutes, and pressed using a press machine to obtain a positive electrode. The positive electrode was applied in an amount of 10 mg / cm 2 and a thickness of 50 탆.

<부극><Negative electrode>

부극 활물질로서, 흑연을 사용하였다.As the negative electrode active material, graphite was used.

분산제로서 물을 사용하고, 상기한 부극 활물질과, 결착제인 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스(SBR)와, 증점제인 카르복시메틸셀룰로오스Na염(CMC)을 98/1/1(질량비)로 혼합하여, 슬러리를 얻었다.The negative electrode active material, the modified styrene-butadiene copolymer latex (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose Na salt (CMC), which is a thickener, were mixed at a ratio of 98/1/1 (by mass ratio) To obtain a slurry.

상기 슬러리를 집전체인 동박 상에 닥터 블레이드법으로 도포하고, 150℃에서 30분간 건조하고, 프레스 기계를 사용하여 프레스 가공하여, 부극을 얻었다. 부극은, 도포량 5㎎/㎠, 두께 70㎛로 하였다.The slurry was coated on a copper foil as a current collector by a doctor blade method, dried at 150 DEG C for 30 minutes, and pressed by a press machine to obtain a negative electrode. The negative electrode was applied in an amount of 5 mg / cm 2 and a thickness of 70 탆.

<수지제 세퍼레이터>&Lt; Resin Separator &

PE(폴리에틸렌)제 다공질 필름을 포함하는 20㎛ 두께의 시판 중인 세퍼레이터를 준비하였다.A 20 占 퐉 -thick commercially available separator containing a porous film made of PE (polyethylene) was prepared.

<다공질 내열층(HRL층)>&Lt; Porous heat-resistant layer (HRL layer) &gt;

비교예 1에서는, 다공질 내열층(HRL층)을 사용하지 않았다.In Comparative Example 1, the porous heat-resistant layer (HRL layer) was not used.

실시예 1∼9 및 비교예 2∼4에 있어서, 다공질 내열층(HRL층)을 사용하고, 표 1에 나타내는 절연성 무기 필러를 사용하였다. 사용한 절연성 무기 필러의 평균 입경은 모두 8∼10㎛이었다.In Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2 to 4, a porous heat-resistant layer (HRL layer) was used and an insulating inorganic filler shown in Table 1 was used. The average particle diameters of the insulating inorganic fillers used were all 8 to 10 mu m.

실시예 6∼9에 있어서는, 절연성 무기 필러로서, 비교예 1∼3에서 사용한 비프로톤 도전성 세라믹의 표면을 프로톤 도전성 세라믹으로 피복한 것을 사용하였다.In Examples 6 to 9, as the insulating inorganic filler, the surface of the non-proton conductive ceramics used in Comparative Examples 1 to 3 was coated with a proton conductive ceramic.

실시예 6에서는, 이하와 같이 하여, 비프로톤 도전성 세라믹의 표면의 적어도 일부를 프로톤 도전성 세라믹으로 피복하였다.In Example 6, at least a part of the surface of the non-proton conductive ceramic was coated with a proton conductive ceramic as described below.

처음에, EDTA를 암모니아수에 용해시켰다. 이 용액에, 아세트산세륨과 안정화제로서의 에틸렌글리콜을 첨가하고, 가열 용해하였다.Initially, EDTA was dissolved in ammonia water. To this solution, cerium acetate and ethylene glycol as a stabilizer were added and heated to dissolve.

이어서, 아세트산 바륨을 첨가하고, 다시, 가열 용해하였다.Then, barium acetate was added and again heated to dissolve.

얻어진 전구체 용액을 농축하여, 0.45mol/L의 BaCeO3 전구체 슬러리를 얻었다. 이 전구체 슬러리를 Al2O3 입자에 스프레이 분무하고, 100℃에서 5분간 건조하였다. 그 후, 1200℃에서 2시간 소성하고, Al2O3 입자의 표면을 BaCeO3막으로 피복하였다.The resulting precursor solution was concentrated to obtain a 0.45 mol / L BaCeO 3 precursor slurry. This precursor slurry was sprayed onto Al 2 O 3 particles and dried at 100 ° C for 5 minutes. Thereafter, it was baked at 1200 ° C for 2 hours, and the surface of the Al 2 O 3 particles was covered with a BaCeO 3 film.

주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 바, BaCeO3막의 두께는 0.75㎛이며, Al2O3 입자의 표면 전체가 양호하게 BaCeO3막으로 피복되어 있는 것이 관찰되었다.Observation with a scanning electron microscope (SEM) revealed that the thickness of the BaCeO 3 film was 0.75 탆, and that the entire surface of the Al 2 O 3 particle was well covered with the BaCeO 3 film.

실시예 7∼9에 대해서도, 실시예 6과 마찬가지로, 전구체로서 아세트산염을 사용하여, 비프로톤 도전성 세라믹의 표면을 프로톤 도전성 세라믹으로 피복하였다.Also in Examples 7 to 9, the surface of the non-proton conductive ceramics was coated with a proton conductive ceramic by using acetic acid salt as a precursor in the same manner as in Example 6. [

모든 예에 있어서, 결착제로서는 아크릴 고무를 사용하였다. 절연성 무기 필러와 아크릴 고무의 질량비는, 90:10(질량비)으로 하였다. 다공질 내열층(HRL층)의 두께는 5㎛로 하였다.In all examples, acrylic rubber was used as the binder. The mass ratio of the insulating inorganic filler to the acrylic rubber was 90:10 (mass ratio). The thickness of the porous heat-resistant layer (HRL layer) was 5 mu m.

<비수 전해질><Non-aqueous electrolyte>

에틸렌카르보네이트(EC)/디메틸카르보네이트(DMC)/에틸메틸카르보네이트=3/3/4(체적비)의 혼합 용액을 용매로 하고, 전해질로서 리튬염인 LiPF6을 1mol/L의 농도로 용해하고, 또한 과충전 방지제로서 시클로헥실벤젠(CHB)을 2질량% 용해하여, 비수 전해액을 조제하였다.A mixed solution of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate = 3/3/4 (volume ratio) was used as a solvent and LiPF 6 , a lithium salt as an electrolyte, And 2% by mass of cyclohexylbenzene (CHB) was dissolved as an overcharge preventing agent to prepare a nonaqueous electrolytic solution.

<리튬 이온 2차 전지의 제조>&Lt; Preparation of lithium ion secondary battery &gt;

비교예 1에서는, 상기한 정극과 부극과 수지제 세퍼레이터를 적층하였다. 이 적층체와 비수 전해액과 필름 외장체를 사용하여, 공지 방법에 의해, 필름형(라미네이트형)의 리튬 이온 2차 전지를 제조하였다.In Comparative Example 1, the above positive electrode, negative electrode and resin separator were laminated. A film-type (laminate-type) lithium ion secondary battery was produced by using this laminate, the non-aqueous electrolyte, and the film sheath by a known method.

실시예 1∼9 및 비교예 2∼4에서는, 상기한 정극과 부극과 수지제 세퍼레이터와 다공질 내열층(HRL층)을 도 2에 도시한 바와 같이, 적층하였다. 이 적층체와 비수 전해액과 필름 외장체를 사용하여, 공지 방법에 의해, 필름형(라미네이트형)의 리튬 이온 2차 전지를 제조하였다.In Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2 to 4, the positive electrode, the negative electrode, the resin separator and the porous heat-resistant layer (HRL layer) were laminated as shown in Fig. A film-type (laminate-type) lithium ion secondary battery was produced by using this laminate, the non-aqueous electrolyte, and the film sheath by a known method.

<과충전 시험><Overcharge Test>

예비 실험과 실시예 1에서 얻어진 리튬 이온 2차 전지에 대해, 과충전 시험을 실시하였다.The preliminary experiment and the lithium ion secondary battery obtained in Example 1 were subjected to an overcharge test.

25℃, 1C, 충전 전압 4.6V의 조건으로 1회 과충전하였을 때의 가스 발생량을, 부력법(아르키메데스법)으로 구하였다. 과충전 전후에 각각, 필름형(라미네이트형)의 리튬 이온 2차 전지를 수중에 침지시켜, 부력으로부터 체적을 구하고, 과충전 전후의 체적 변화분을 가스 발생량으로서 구하였다. 이 가스 발생량은, 수소 가스 발생량이라고 간주할 수 있다.The amount of gas generated when the battery was once overcharged under conditions of 25 ° C, 1C, and a charging voltage of 4.6V was determined by the buoyancy method (Archimedes method). Before and after overcharging, a film-type (laminate-type) lithium ion secondary battery was immersed in water to determine the volume from buoyancy, and the amount of change in volume before and after overcharging was obtained as the amount of gas generation. This gas generation amount can be regarded as the hydrogen gas generation amount.

결과를 표 1에 나타낸다.The results are shown in Table 1.

비교예 1과 비교예 2∼4의 비교로부터, 비프로톤 도전성 세라믹을 포함하는 절연성 무기 필러를 사용한 다공질 내열층(HRL층)을 사용하면, 수소 가스 발생량이 대폭 저감하는 것이 밝혀졌다.From the comparison of Comparative Example 1 and Comparative Examples 2 to 4, it was found that the use of the porous heat-resistant layer (HRL layer) using the insulating inorganic filler including the non-proton conductive ceramic greatly reduced the amount of hydrogen gas generation.

비교예 2∼4와 실시예 1∼9의 비교로부터, 다공질 내열층(HRL층)의 절연성 무기 필러로서, 프로톤 도전성 세라믹, 또는 비프로톤 도전성 세라믹의 표면이 프로톤 도전성 세라믹으로 피복된 것을 사용함으로써 수소 가스 발생량을 다공질 내열층(HRL층)이 없는 비교예 1에 가까운 레벨까지 많게 할 수 있는 것이 밝혀졌다. 특히, BaCeO3에 Y을 첨가한 세라믹을 사용한 실시예 5에서는, BaCeO3을 사용한 실시예 1보다도 수소 가스 발생량을 많게 할 수 있었다.As a result of comparison between the comparative examples 2 to 4 and the examples 1 to 9, it was found that by using the proton conductive ceramic or the non-proton conductive ceramic coated with the proton conductive ceramic as the insulating inorganic filler of the porous heat resistant layer (HRL layer) It was found that the gas generation amount can be increased to a level close to that of Comparative Example 1 in which there is no porous heat-resistant layer (HRL layer). In particular, in Example 5 using a ceramic with addition of Y to BaCeO 3, carried out with the BaCeO 3 than in Example 1 could increase the hydrogen gas production.

Figure 112014042820027-pct00003
Figure 112014042820027-pct00003

본 발명의 비수 전해질 2차 전지는, 플러그인 하이브리드 차(PHV) 또는 전기 자동차(EV)에 탑재되는 리튬 이온 2차 전지 등에 바람직하게 적용할 수 있다.The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be preferably applied to a plug-in hybrid vehicle (PHV) or a lithium ion secondary battery mounted on an electric vehicle (EV).

1 : 비수 전해질 2차 전지
11 : 외장체
12 : 단자
13 : 전류 차단 기구
20 : 적층체
21 : 정극
22 : 부극
23 : 수지제 세퍼레이터
24 : 다공질 내열층(HRL층)
1: Non-aqueous electrolyte secondary battery
11: Exterior
12: Terminal
13: Current interruption mechanism
20:
21: positive
22: negative electrode
23: Resin Separator
24: Porous heat-resistant layer (HRL layer)

Claims (6)

정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치되고, 절연성 무기 필러 및 결착제를 포함하는 다공질 내열층과, 과충전 시에 분해되어 프로톤을 발생시키는 과충전 방지제가 첨가된 비수 전해질과, 충전 시에 전지 내압이 소정값 이상으로 되면 충전을 차단하는 전류 차단 기구를 구비한 비수 전해질 2차 전지이며,
상기 다공질 내열층의 상기 절연성 무기 필러의 적어도 일부가 프로톤 도전성 세라믹에 의해 구성되며,
상기 프로톤 도전성 세라믹이, 하기 화학식 1로 나타내어지는 적어도 1종의 금속 산화물을 포함하는 비수 전해질 2차 전지.
<화학식 1>
Figure 112015059883913-pct00008

(화학식 중, A는 Ba와 Sr 중 하나 이상, B는 Ce와 Sr 중 하나 이상, C는 적어도 1종의 임의의 첨가 원소, 0≤x<1, a≥0임)
A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising: a positive electrode; a negative electrode; a porous heat-resistant layer disposed between the positive electrode and the negative electrode and including an insulating inorganic filler and a binder; And a current interrupting mechanism for shutting off the charging when the internal pressure of the battery becomes equal to or higher than a predetermined value,
At least a part of the insulating inorganic filler of the porous heat-resistant layer is constituted by a proton conductive ceramic,
Wherein the proton conductive ceramic comprises at least one metal oxide represented by the following formula (1).
&Lt; Formula 1 >
Figure 112015059883913-pct00008

(Wherein A is at least one of Ba and Sr, B is at least one of Ce and Sr, C is at least one optional additive element, 0? X <1, a? 0)
제1항에 있어서,
상기 절연성 무기 필러의 표면의 적어도 일부가 상기 프로톤 도전성 세라믹인, 비수 전해질 2차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein at least a part of the surface of the insulating inorganic filler is the proton conductive ceramic.
제1항에 있어서,
상기 프로톤 도전성 세라믹이, 하기 화학식 1a로 나타내어지는 적어도 1종의 금속 산화물을 포함하는, 비수 전해질 2차 전지.
<화학식 1a>
Figure 112015059883913-pct00009

(화학식 중, A는 Ba와 Sr 중 하나 이상, B는 Ce와 Sr 중 하나 이상, C는 Y와 Yb 중 하나 이상, 0<x<1, a≥0임)
The method according to claim 1,
Wherein the proton conductive ceramic comprises at least one metal oxide represented by the following formula (1a).
<Formula 1a>
Figure 112015059883913-pct00009

(Wherein A is at least one of Ba and Sr, B is at least one of Ce and Sr, C is at least one of Y and Yb, 0 &lt; x &lt;
제3항에 있어서,
x가 0.01∼0.5인, 비수 전해질 2차 전지.
The method of claim 3,
x is 0.01 to 0.5.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
리튬 이온 2차 전지인, 비수 전해질 2차 전지.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A nonaqueous electrolyte secondary battery, which is a lithium ion secondary battery.
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